物理課程教學中加入規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程的探討

張青青

摘要：在中學和大學的物理課程教學中，普遍存在著物理知識難學、物理課乏味的情況。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的因素是多方面的，既存在中學教學對應試目的的追求，也有大學對于物理教學課時的減縮。在教學中適當?shù)募尤胍恍┪锢硪?guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，不僅能激發(fā)學生的學習興趣，加深對知識的理解掌握；同時在培養(yǎng)學生的物理思想、提升學生解決實際問題的能力方面都有很大的幫助作用。

1.物理教學中采用的普遍方式

從中學到大學物理知識學習的整個過程中，不管是源于對應試目的的要求或者課時減縮的限制，教師在講授新的物理知識時，大多會采用直接給出物理規(guī)律的結(jié)果，而不會去講解這個規(guī)律的得出所經(jīng)歷的主要過程。學生只是硬性的從教師或者教科書中得到這個物理規(guī)律的描述或者數(shù)學表示式，然后記憶掌握最后達到應用于解題的目的[1]。這樣的新知識講授過程沒有與學生已知的物理知識產(chǎn)生聯(lián)系，學生接受的新知識也不會與舊的知識形成完整、系統(tǒng)的一個體系，學生掌握的知識都是分離的、相互孤立的知識點。這樣的講授對于培養(yǎng)學生掌握系統(tǒng)完整的物理知識，具備分析解決問題的能力方面存在著很多問題。

2.物理教學中出現(xiàn)的一些問題

在當今理工科大學生的學習過程中，學生們對于所學課程中的一些公式、定義和定理等知識的學習和掌握普遍存在一種接受困難和理解記憶不深刻的現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象在基礎學科專業(yè)特別是物理學類專業(yè)中顯現(xiàn)的尤為突出[2]。

物理學專業(yè)的本科生在學習專業(yè)課程時，有很大一部分學生在學習一個新的物理規(guī)律時，都是先接受這個定律的表示形式，然后再去理解和掌握這個定律的具體物理含義，教師很少去介紹這個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)所經(jīng)歷的歷史階段以及其中的成功與失敗。學生記憶大多都是被動的接受，而很少去思考這些知識與其它知識之間的所存在的內(nèi)在聯(lián)系。這樣的講授過程會使學生對新知識的接受產(chǎn)生抵觸心理和距離感，而這樣被動接受式的知識都是模塊化的，知識與知識之間沒有形成一個完整的物理知識體系，這對于培養(yǎng)學生具有基本的系統(tǒng)性物理知識體系和物理思考能力產(chǎn)生了很大的阻礙作用。而且這樣的一個接受過程會使得很多學生特別是感覺物理難學的學生慢慢失去興趣，從而失去學習物理的信心和動力，最后放棄物理學科專業(yè)。

3.在教學中加入發(fā)現(xiàn)規(guī)律的一點探討

一個物理定律不僅僅是一個簡單的文字描述或者數(shù)學公式的表達，還包括很多方面的內(nèi)容。任何一個物理定律都有它的內(nèi)涵和外延，其中按照建立的過程大致可包括以下幾個階段：

（1）發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象；

（2）提出問題；

（3）猜測結(jié)果；

（4）設計實驗驗證；

（5）發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律；

（6）定義新的物理量；

（7）定律的數(shù)學公式（定量描述）；

（8）定律的成立條件及適用范圍和精度；

（9）定律的理論地位；

（10）定律在近代發(fā)展情況以及應用。

如果教師在講授一個新的物理規(guī)律的時候，能夠從這些方方面面稍微多花一點時間，給學生講解一下前輩的物理學家們發(fā)現(xiàn)這個定律所經(jīng)歷的整個過程，可能對于學生接受新知識、激發(fā)學生的學習興趣會有很大的幫助，而且在培養(yǎng)物理學專業(yè)的學生應該具有的物理思想方面更具有一個積極的意義。下面以《電磁學》課程中的一個重要定律-“庫侖定律”來嘗試簡要的說明這個問題。

富蘭克林（Benjamin Franklin）在電學領域一直有著不間斷的研究，他在1755年的時候發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象：將一個帶電的小球懸掛于一個帶電圓筒的外面附近位置，小球的懸線不再豎直下垂，而是產(chǎn)生了一定的偏移，這說明小球受到了圓筒的作用，但是當將此小球轉(zhuǎn)移到圓筒內(nèi)部時，同樣的條件下，小球的懸線卻沒有產(chǎn)生任何偏移，而是垂直向下。富蘭克林將這個發(fā)現(xiàn)告訴了自己的朋友Priestley，而自己卻沒有再對此作更深入的研究。Priestley知道了這個結(jié)果后，類比了當時已經(jīng)很成熟的牛頓力學體系中的情況：在牛頓的著作《自然哲學的數(shù)學原理》中有這樣的力學實例分析：一個帶有質(zhì)量的均勻大球殼，當我們把一個小球放置在大球殼外面時，這個小球會受到大球殼的萬有引力的作用。而當我們將這個小球放入大球殼內(nèi)部時，小球受合力為零。Priestley就通過這兩個實例的類比，運用牛頓萬有引力定律的結(jié)論，猜測了一個結(jié)果：電的相互作用大概也和距離的平方成反比 。但遺憾的是Priestley也沒有深入的設計實驗去驗證自己的猜想。而真正從實驗上去驗證電相互作用平方反比規(guī)律的實驗是由卡文迪許（Henry Cavendish）在1773年做出的，但是由于其性格極其孤僻靦腆，所以他的大部分成果都沒有發(fā)表，他的科學研究成果是在一百多年后由麥克斯韋整理材料時才被后人所發(fā)現(xiàn)。卡文迪許測得的電相互作用平方反比規(guī)律（ ）的實驗誤差僅為 ，這個實驗誤差甚至比十多年以后著名的庫侖實驗誤差（ ）還要小。庫侖能從實驗上得出電相互作用平方反比定律得益于他有非常精巧的實驗儀器--扭秤。庫侖當時做出的扭秤能夠測得的力的大小已經(jīng)可以精確到 N。庫侖在1785年通過扭秤實驗總結(jié)出了兩個靜止點電荷之間相互作用的規(guī)律，即現(xiàn)在的庫侖定律 。

4.總結(jié)

授課教師在講授新知識的時候，如果適當?shù)慕o學生介紹一下這些規(guī)律建立的主要過程，在講授時與學生已有的知識架構(gòu)聯(lián)系起來，肯定會使學生接受新知識變得順利容易。同時這在激發(fā)課堂氣氛、調(diào)動學生學習興趣等方面也有一定的積極作用。學生通過這樣的方式來掌握新的物理知識，印象深刻，掌握牢固，理解也會非常透徹。學生所學的新知識會與舊的知識產(chǎn)生聯(lián)系和貫通起來，同時會在一定程度上激發(fā)學生對這些定律之間的聯(lián)系產(chǎn)生思考，從而達到培養(yǎng)學生具有一定的主動思考、主動探索能力的培養(yǎng)目標。

參考文獻：

[1]鐘及龍.物理學思想及其在中學物理教學中的滲透初探[J].物理教學探討.2004（07）

[2]趙發(fā)瑞.物理教學中物理思想的滲透[J].內(nèi)江科技.2009（06）